OSの最新動向

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第169回月例発表会（2016年4月） 知的システムデザイン研究室

OS

の最新動向

本田雄亮，山下大輔

Yusuke HONDA

，

Daisuke YAMASHITA

1 はじめに

OSとは基本ソフトウェアとも呼ばれ，ハードウェアの管理・制御を行う．OSが持つ最も重要な役割は「ハードウェアの抽象化」であり，全てのハードウェア上で同じ基本機能を提供する仕組みである．これにより，ハードウェアとアプリケーションソフトの開発が容易になる．現在，OSはパソコンやスマートフォン，タブレットなど様々な端末に搭載されている．その中でも近年，特に注目を集めているのがIoT向けOSである．IoT向けOSは「スマートウォッチ」や「スマートホーム」など，IoTへの関心の向上を背景に注目されている．GoogleやApple， Microsoftなどの大手IT企業もIoT向けOSの開発を発表している．

2 IoT

向け

OS

2.1 IoT向けOSの概要 IoT向けOSとはIoT端末に組み込まれるOSである．既に多くのIoT端末が存在しているが，それらの機能は各社独自のシステムで開発されており，他社製品との互換性は無い．今後，他社製品も巻き込む大きなネットワークを構築するには，IoT対応端末開発と他社端末間通信の容易化が必要である．これらの課題を解決するためにIoT向け OSの開発が進んでいる1)_．_IoT_に_OS_{を搭載するメリッ} トは以下の3つである． • 様々なハードウェアの基本機能を一様に実装 • 他社端末間通信の容易化 • アプリケーションソフト開発の簡素化 IoT向けOSでは，ハードウェアに依存せずに，通信や制御などの基本的かつ汎用的な機能を提供する．よって， IoT端末を開発する際，それら基本機能を実装したプログラムを作成する手間を省き，開発コスト削減に繋がる． IoTでは，複数の端末同士が通信を行い情報共有・制御を行う．OSを搭載することで制御・通信機能の実装が可能であり，規格を統一できる．すなわち，メーカが異なるハードウェア同士でもスムーズな制御・通信が容易となる．アプリケーションソフト開発においても，OSの提供する基本機能を利用することで開発工程を簡素化できる．さらに，ハードウェアの差異にとらわれないソフトウェア開発が可能である．家具や電化製品，自動車など多種多様なハードウェアに搭載されるIoT向けOSでは，ハードウェアに依存しない性質が重要である．現在使われているIoT端末はOSを搭載しておらず，メーカ独自のシステムを開発している．よって，端末ごとに一から専用のソフトウェアを開発する必要があり，開発コストが高くなる．さらに，端末によってシステムの仕様に差異があるため，他社端末間での通信が容易ではなく，専用のアプリケーションソフト開発が必要である．したがって，これら既存問題の解決が可能なIoT向けOSの開発が進んでいる．OSとIoT端末の関係性をFig. 1に示す． A 社独自システム OS OS OS OS A 社独自システム Fig.1 OSとIoT端末の関係性 2.2 IoT向けOSの課題と動向

IntelやMicrosoftなど大手企業は，今後IoT端末の数は増加し続け，2020年には500億台を突破すると予想する．しかし，IoT端末の中には，電池駆動の製品のように，消費電力を抑えるために高機能な処理機能を搭載していない端末も多い．よって，低機能な端末でも正常に動作する軽量なIoT向けOSが必要である．低性能端末向けの軽量なOSの実現に向けて，OSに搭載する機能を限定する方法がある．例えば，GoogleのIoT 向けOS「Brillo」は，Android OSの端末管理や通信接続の機能を抜き出したような構成である．カーネルや端末抽象化機能，コネクティビティ機能など必要最小限の機能を提供する．通信規格には，同社が開発している「Weave」を採用している．「Weave」はBrillo端末だけでなく，スマートフォンやパソコン，クラウドなどとの通信もサポートしている．このように，GoogleはOSに搭載する機能を限定することで軽量なIoT向けOSの開発を目指している2) _．機能限定以外にもOSに搭載された各機能の軽量化というアプローチもある．

3 ID

ベース暗号方式

東京大学では，IoT向けの軽量なHTTPS通信の開発に取り組み，実証に成功した．東京大学の発表では，現在よく使われているRSA暗号方式を用いたHTTPSと比べて，通信データ量は16 %，通信時間は22 %の削減に成功 13

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している．この軽量版HTTPSは，IDベース暗号方式で実現した． HTTPSはやり取りするメッセージを暗号化することで，第三者による盗聴を防ぐ通信方法である．この暗号化にIDベース暗号方式を用いる．この方式は公開鍵暗号方式の一種で，公開鍵を受信者の個人識別子で作成できるという特徴がある．公開鍵は送信メッセージの暗号化に用いる．現在主流のRSA暗号方式では，多く存在する公開鍵の内，この鍵が自分のものであることを示す証明書が必要である．しかし，IDベース暗号方式では送信者が受信者のIDから公開鍵を作成するため，証明書を必要としない．例として，IDに受信者のメールアドレスを使用する場合を考える．送信者は受信者のメールアドレスと鍵生成センタが公開しているパラメータで公開鍵を作成し，暗号化を行う．公開鍵は受信者のメールアドレスから作成しているので証明書は不要である．このように，IDベース暗号方式の採用は，鍵の証明書を不要として情報量の削減を実現する3)_．_ID_{ベース暗号方式のイメージを}_{Fig. 2}_に示す．送信者受信者

ID

＝ [email protected]

Alice

Bob

メッセージ暗号化 ID 公開パラメータ発行センタ ID 秘密秘密復号 ① ② ③ ④ ⑤ _証明書不要 ID Fig.2 IDベース暗号方式のイメージ軽量版HTTPS通信は，低性能な端末で動作するだけでなく，安全性の向上にも繋がる．IoTでは全端末が通信を行うため，通信機能の性能向上と共に，セキュリティ性能の向上も必要である．したがって，軽量版HTTPS通信の採用は，IoT向けOSの軽量化だけでなく，IoT端末間の安全な通信を実現するためにも重要となる．

4 IoT

向け

OS

の活用例

IoTサービス提供会社OPTiMはIoT向けクラウドOS

「OPTiM CLOUD IoT OS」を開発した．このクラウド

OSに対応したアプリケーションソフトは，ハードウェア上の仕様にとらわれずに各IoT端末を利用したサービスを実装できる．さらに，それらサービスはスマートフォンやパソコンなど様々な端末から使用可能である．アプリケーションソフトには，IoT端末の管理・制御や集められたデータの分析，地理情報に結びつけてのデータ閲覧・分析などがある．クラウド上のシステムのため，サーバやストレージなどは拡張が自由であり，ハードウェア上の物理的制約が無い．よって，IoTシステムが容易に実装・管理でき，導入のきっかけになるOS提供サービスである．今後，さらなる進展が期待されるIoT向けOSとして IoT向けの車載OSがある．トヨタや日産，Googleなども開発に取り組んでおり，自動運転の実現に向けて大きく期待されている．自動車にIoT向けOSが搭載されると，ハードウェアの仕様にとらわれないスムーズな通信が可能となる．つまり，街中の防犯カメラや歩行者の持つスマートフォン，自動車など他のIoT端末と情報を共有できる．運転者による確認や車載センサでは，これまで確認できなかった情報を発見可能であり，死角情報の取得に役立つ．したがって，IoT向けOSを搭載することで，より安全な自動運転が可能となる．IoT向けOS搭載車の通信イメージをFig. 3に示す． ! 歩行者用端末レーダカメラレーザレーダ各種 ECU OS 歩車間通信車車間通信路車間通信 Fig.3 IoT向けOS搭載車の通信イメージ

5 今後の展望

IoT向けOSの開発は企業だけでなく，国家規模で進められる．日本国内では2016年度内に「スマート工場」の実証試験が始まる．IoTにより，製造現場の情報をデジタル化し，製造ラインの自動化や工場間での連携など行える日本独自のOS開発を国のサポートのもとに進める．このように，国家主導でIoT向けOSの開発が進められることで，企業の関心もさらに高まり，より一層IoT向け OSの開発は加速する．OSに低性能端末でも動作する軽量さが備われば，OSを搭載できる端末が増える．そのうえ，「Brillo」や「OPTiM CLOUD IoT OS」では，既に対応アプリケーションソフトの開発環境を提供している．したがって，アプリケーションソフトの開発は容易かつ活発になると予想される．今後，IoT端末・サービスの数は増加し，新たなサービスの登場も期待できる．

参考文献

1) 野田勝: IoT 時代を制するのは誰だ？ IoT プラットフォームを開発する巨大グローバル企業にせまる, http://o2o.abeja.asia/product/post-9890/

2) Google: Brillo と Weave についてのアップデート, http://googledevjp.blogspot.jp/2015/12/brillo-weave.html 3) レスアンヒウ，井手口哲夫，奥田隆史，田学軍: 高速道路における車々間通信システムへのIDベース暗号の適用とその評価. 14